CN110295341A - 一种铝合金材料及其表面处理方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金材料及其表面处理方法与应用。所述铝合金表面处理方法包括对表面形成有硬度达900HV以上、粗糙度Ra为1‑5μm的耐磨涂层的铝合金基体进行抛光处理的步骤；所述抛光处理包括：对于所述耐磨涂层采用精雕加工处理。采用本发明所述表面处理方法得到的铝合金材料在保持优异的耐磨性、高硬度等特性基础上，还具有高光洁度，可用于制备高光注塑件模具。

Description

一种铝合金材料及其表面处理方法与应用
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金材料及其表面处理方法与应用。
背景技术
为了使塑料制品具有良好的表面光泽度和平滑度外观效果，需要模具用材料具有较高的镜面抛光性，从而可以根据产品需求将成型表面加工成平滑和镜面状态。
通常的高光注塑模具使用材质为模具钢，高光部位通过砂纸、油石、羊毛绒及研磨抛光膏抛光至镜面12-14级别。此类模具使用寿命在几十万甚至上百万模次，具有较高的耐磨性。但现有钢制注塑模导热慢，其热导率约为铝合金的1/5，使得注塑件的成型周期较长，且钢的密度较大约为铝合金的1/3，其模具成本较铝合金模具成本高。
铝合金具备导热快，密度小，质量轻，易于加工，成本低廉的特点，但其硬度低，强度差，由其制得的模具的寿命多为几百至几千模次，现阶段主要应用在快速简易模具中的制备，不具备量产性。
随着铝合金材料性能的开发，已有少量的超硬铝合金开始应用于量产模具的制备，但因硬度仍不够理想，耐磨性差，始终难以达到高光镜面效果，且注塑模具形状复杂，进一步增加了抛光难度；而且，在实际生产中与制件直接接触的模具部位磨损严重，模具表面容易被破坏，即便制得镜面也难以长期维持，从而无法生产高光塑料制件。
因此，目前超硬铝合金模具多应用于玩具类或外观要求不高的注塑制件生产，因其硬度相对较低、表面易磨损、抛光性差、使用寿命短的制约，无法生产高光制件。
CN107937857A公开了一种7075铝合金表面防腐蚀耐磨复合涂层及其制备方法，所述复合涂层由底层和面层组成，底层为WC-Co材料，面层为WC-10Co4Cr材料。所述制备方法步骤是铝合金表面清洗除油粗化；在压缩空气10000～11000升/分钟，丙烯或丙烷100～150升/分钟，氮气9～12升/分钟，氢气10～15升/分钟，送粉速率100～150克/分钟，喷涂距离180～210毫米条件下，超音速火焰喷涂分别制备底层WC-Co和面层WC-10Co4Cr；用150～600#金刚石砂轮研磨至工件设计尺寸，再采用60微米、30微米、15微米、8微米、2微米、0.5微米金刚石砂带逐级抛光面层至所需的光亮度。该方案通过复合涂层解决WC-10Co4Cr与7075铝合金基体之间的电偶腐蚀效应，在保持原WC基金属陶瓷涂层的耐磨性与抗疲劳性能优势下，提高涂层体系的抗腐蚀性，避免腐蚀鼓泡与剥落现象。
CN106435584A公开一种热喷涂-PVD复合涂层及其制备方法，该复合涂层由内至外依次包括基体、热喷涂涂层、PVD硬质膜层；所述基体是金属材料基体，包括铝合金、钛合金、钢铁；所述热喷涂涂层是热喷涂陶瓷涂层，包括：WC-Co基、NiCr-Cr3C2基、Al2O3基、ZrO2基陶瓷涂层；所述PVD硬质膜层为金属氮化物陶瓷，包括CrN、TiN、AlCrN、AlTiN陶瓷涂层。所述热喷涂涂层具有高的硬度，能给PVD涂层提供强有力的支撑作用，改善复合涂层膜-基结合力；而PVD涂层硬度高，且非常致密，PVD涂层沉积在热喷涂涂层表面，对热喷涂涂层空隙进行有效封孔。其中，还公开了所述热喷涂涂层是采用超音速火焰喷涂技术制得的。该超音速火焰喷涂的条件为：氧气流量750～950NLPM；燃料流量为15～25L/h；燃烧压力为9.0～12bar；送粉率为30～50g/min×2；喷涂距离200～500mm；载气流量为5～15NLPM，喷涂角度为45°～90°。
由上述可知，现有技术是利用超音速火焰喷涂技术在铝合金基体表面形成WC-Co等耐磨涂层以解决其硬度差、耐磨性的问题，但由于WC-Co等耐磨涂层硬度非常高，现有抛光工艺难以使其达到高光注塑模具所需的镜面要求。
发明内容
为了解决高硬度、高粗糙度铝合金材料耐磨涂层表面难抛光的问题，本发明提出一种新的铝合金表面处理方法。采用本发明所述表面处理方法得到的耐磨涂层在保持优异的耐磨性、高硬度等特性基础上，还具有较高光洁度，可用于制备高光注塑件模具。
本发明所述的铝合金表面处理方法，包括对表面形成有硬度达900HV以上、粗糙度Ra为1-5μm的耐磨涂层的铝合金基体进行抛光处理的步骤；所述抛光处理包括：对于所述耐磨涂层采用精雕加工处理。
现有技术中为了提高铝合金基体的硬度，通常会选择在铝合金表面喷涂耐磨涂层，如金属基涂层、陶瓷涂层、非晶合金涂层、或由其组成的复合涂层。这些耐磨涂层的粗糙度Ra可达到1-5μm，硬度达到900HV以上，且耐磨涂层厚度存在一定量偏差，如采用常规的抛光工艺(如传统CNC、金刚石及砂纸等)，无法使耐磨涂层表面达到高光模具所需的光洁度要求。而本发明研究人员通过进行大量试验研究发现，通过控制耐磨涂层的硬度及粗糙度，再配合精雕加工技术，处理后的耐磨涂层表面不仅具有较高的耐磨性，而且光洁度得到显著提升；试验表明，通过精雕加工后，所得耐磨涂层表面的粗糙度Ra可达到0.1-0.3μm。
在本发明的一些实施例中，所述精雕加工是采用立方氮化硼刀具处理。所述精雕加工去除的耐磨涂层厚度为60-100μm。通过多次进刀，更有利于获得均匀致密的耐磨涂层表面；优选地，所述进刀的进刀量控制在10-30μm之间，所得耐磨涂层表面均匀度更好。
为了进一步降低耐磨涂层表面的粗糙度，获得更好的抛光效果，所述抛光还包括对精雕加工处理后的所述耐磨涂层进行二次抛光。通过二次抛光处理后，所得耐磨涂层表面的粗糙度Ra不高于0.1μm。通过合理控制粗糙度，进一步去除表层致密性较差的部分涂层，减少后续抛光加工量。
在本发明的一些实施例中，所述二次抛光采用钻石刀处理，去除耐磨涂层的厚度为10-20μm，进一步提高涂层表面的光洁度。
为了更进一步降低耐磨涂层表面的粗糙度，获得更好的抛光效果，所述抛光还包括砂纸逐级打磨与抛光处理。处理后，所述耐磨涂层表面的粗糙度Ra不高于0.04μm，从而获得镜面不低于12级的涂层表面。
在本领域中，由铝合金材料制成的模具，除具有常规平面或弧度较小的曲面外，通常其局部还存在一些特殊结构，如凹槽，或深孔等结构；一般而言，对于槽宽或孔径尺寸小于5mm的结构或类方形盲孔等特殊结构，精雕加工是难以加工及清角以达到理想的抛光程度的。针对这些特殊结构，本发明提出采用镜面放电处理的方式；处理后，所述特殊结构的耐磨涂层表面的粗糙度Ra不超过0.1μm。
本发明通过在高硬度耐磨涂层表面进行精雕加工处理，有效解决现有铝合金材料高硬度耐磨涂层抛光效果不理想的问题，实现了对粗糙度达1-5μm、硬度达900HV以上、且厚度存在一定量偏差的耐磨涂层表面高效抛光的目的；而且，通过采取钻石刀二次抛光、砂纸逐级打磨与抛光处理及镜面放电处理，进一步提升抛光效果，取得显著的技术效果。
在本发明的一些实施例中，所述耐磨涂层是采用超音速火焰喷涂方法在铝合金基体上形成的。由于铝合金基体与耐磨涂层在材料性能方面存在差异，导致耐磨涂层在数万模次后易发生脱落、裂纹等现象。为了避免这种情况的发生，本发明对超音速火焰喷涂工艺条件进行了优化，以进一步提高耐磨涂层与铝合金基体的结合力。
在本发明的一些实施例中，所述超音速火焰喷涂工艺条件为：燃料压力0.4-0.9MPa，空气压力为0.5-0.9MPa，氮气载气速率为50-80L·min-1，送粉速率为50-80g·min-1，喷涂距离为100-400mm，喷涂角度为30-90°，喷涂厚度为70-400μm。在此条件下得到的耐磨涂层与铝合金基体结合力更强、涂层质地更均匀。实验表明，采用本发明所述铝合金生产注塑模具，经2万模次注塑测试后，涂层无脱落及裂纹，表面粗糙度Ra<0.03μm。
在本发明的一些实施例中，所述超音速火焰喷涂工艺还包括：所采用的燃料可选自压缩空气与其他混合燃料气体中的一种或多种；喷涂所需的粉末须先加热为熔融或半熔融状态；喷涂前进行数控编程，制定喷涂路径；喷涂过程中，工作台与喷涂机械手联动，调整角度进行仿形喷涂等常规操作。
在本发明的一些实施例中，在所述耐磨涂层的形成之前还包括先将铝合金基体粗化喷砂处理的步骤，使得表面粗糙度Ra达到3-8μm。通过此道工序能够提升基材与耐磨涂层的比表面积，为基材与涂层之间提供更大的接触面积，进而增大其结合力。此外，为了防止过范围粗化加工，还根据模具结构制备相应治具或通过粘贴耐高温膜对非预处理面进行遮蔽保护。
在本发明的一些实施例中，所述耐磨涂层的形成还包括：在喷涂前先将粗化的铝合金进行预热处理至100-130℃，同时为了防止温度过高，整个喷涂过程中采用压缩空气对铝合金表面进行冷却。
本发明的第二个方面是提供上述表面处理方法得到的铝合金材料。所述铝合金材料具有优异的硬度、耐磨性及光洁度，可用于制作高光注塑模具。
在本发明的一些实施例中，所述铝合金材质成分如下：Si 0.1-0.25％，Cu 1-2％，Zn 6-8％，Ti 0-0.1％，Zr 0-0.3％，Fe 0-0.2％，余量为Al；采用该配方的所述铝合金材料具有相对更高的硬度和更好的耐磨性。
本发明的第三个方面是提供上述铝合金材料在制备具有高光高强耐磨的铝合金产品中的应用；所述铝合金产品包括但不限于家电用铝合金产品、航空航天飞机用铝合金产品、汽车用铝合金产品等中的应用。
本发明的第四个方面是提供一种高光注塑模具，由上述铝合金材料制备而成。例如，以铝合金材料为模具基材，通过下料及机加工组装等初步制备铝合金模具。
相对现有技术，本发明所取得有益效果如下：
(1)本发明解决了超硬耐磨涂层难抛光的问题。本发明采用超硬合金刀具对铝合金耐磨涂层进行精雕加工处理，显著提升其表面光洁度；而且，进一步利用钻石刀进行二次抛光，同时针对凹槽及深孔等复杂结构辅以镜面放电处理、及砂纸逐级打磨与抛光处理，使其表面达到镜面效果，实现了铝合金材料作为高光注塑模具材质的目的。测试结果表明，本发明所得铝合金材料表面粗糙度Ra<0.03μm，光洁度不低于12等级。
(2)本发明进一步改善了耐磨涂层与铝合金基体的结合力。测试结果表明，本发明所得耐磨涂层与基体的抗拉强度>50MPa(结合力测试(GB/T 8642-2002))；经2万模次注塑测试后，涂层无脱落及裂纹，表面粗糙度Ra<0.03μm。
(3)本发明所述的铝合金材料具有较高的硬度及耐磨性，提高了铝合金模具的使用寿命。测试结果表明，经本发明所述表面处理方法得到的铝合金材料硬度不低于900HV，较铝合金基材提升了6倍。
(4)本发明所述的铝合金材料能够大大降低高光注塑模具的制备成本，缩短注塑成型周期；测试结果表明，在实际生产过程中，采用本发明所述铝合金材料的模具成本相比于钢模降低了10-40％，注塑成型周期相比于钢模缩短10-30％，实现了可批量生产高光注塑件的铝合金注塑模具的目的。
附图说明
图1为本发明所述超强铝合金表面处理方法的示意图。
图2为常规抛光处理后的钢模具表面与铝合金模具表面的抛光效果对比示意图。
图中：1、超硬铝合金基体；2、锯齿形结构；3、耐磨涂层；4、镜面表面。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种铝合金材料的表面处理方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)粗化：通过对超硬铝合金基体1表面进行除油清洗，对需要高光要求的表面进行粗铣及打磨处理，再进行表面喷砂粗化处理，形成锯齿形结构2，其表面粗糙度Ra达到3.2μm；
表1超硬铝合金基体成分
(2)喷涂：将表面喷砂处理后的铝合金基体放入喷热涂室，先对表面进行预热处理，为防止温度过高，整个喷涂过程中采用压缩空气对试样表面进行冷却；
采用超音速火焰喷涂方法进行喷涂：通过压缩空气与燃料在燃烧室中产生的高速高温火焰，将WC-Co基粉末加热至融化或半融化状态，以较高的速度沉积在铝合金基体表面，形成高硬度和抛光性能良好的耐磨涂层3；
喷涂工艺参数如下：燃料压力0.55MPa，空气压力为0.70MPa，氮气载气速率为70L·min-1，送粉速率为65g·min-1，喷涂距离为350mm，喷涂角度为90°，喷涂厚度为200μm；
喷涂前进行数控编程，制定喷涂路径；喷涂过程中，工作台与喷涂机械手联动，调整角度进行仿形喷涂；控制涂层均匀性，在预处理面沉积一层微合金化WC-Co基耐磨涂层；
所得耐磨涂层的硬度为1168HV，粗糙度为Ra2.8μm；
(3)抛光：采用立方氮化硼刀具对步骤(2)所得耐磨涂层进行精雕加工处理；每次进刀量控制为10μm，经多次精雕加工后，去除厚度80μm的耐磨涂层，获得均匀致密的耐磨涂层表面；
经测试，处理后的耐磨涂层的粗糙度为Ra0.15μm。
(4)二次抛光：对经立方氮化硼刀具处理后所述耐磨涂层以钻石刀进行二次抛光，去除厚度10μm的耐磨涂层，此时粗糙度可达Ra0.05μm；
(5)镜面放电处理：对步骤(2)所得耐磨涂层表面的深孔或凹槽类结构采用镜面放电处理，此时粗糙度可达Ra0.05μm；
(6)砂纸逐级打磨与抛光：对步骤(4)、(5)处理后的耐磨涂层表面进行细砂纸逐级打磨，并用羊毛绒及研磨抛光膏抛光至镜面表面4，得到粗糙度Ra为0.023μm的耐磨涂层表面。
实施例2
本实施例提供一种铝合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：
(1)粗化：通过对超硬铝合金基体表面进行除油清洗，对需要高光要求的表面进行CNC粗铣及打磨处理，再进行表面喷砂粗化处理，形成锯齿形结构，其表面粗糙度达到3.2μm；
表2超硬铝合金基体成分
(2)喷涂：将表面喷砂处理后的铝合金基体放入喷热涂室，先对表面进行预热处理，为防止温度过高，整个喷涂过程中采用压缩空气对试样表面进行冷却；
采用超音速火焰喷涂方法进行喷涂：通过压缩空气与燃料在燃烧室中产生的高速高温火焰，将WC-Co基粉末加热至融化或半融化状态，以较高的速度沉积在铝合金基体表面，形成高硬度和抛光性能良好的耐磨涂层；
喷涂工艺参数如下，燃料压力0.55MPa，空气压力为0.70MPa，氮气载气速率为70L·min-1，送粉速率为65g·min-1，喷涂距离为350mm，喷涂角度为90°，喷涂厚度为100μm；
喷涂前进行数控编程，制定喷涂路径；喷涂过程中，工作台与喷涂机械手联动，调整角度进行仿形喷涂；控制涂层均匀性，在预处理面沉积一层微合金化WC-Co基耐磨涂层；所得耐磨涂层的硬度为960HV，粗糙度为Ra2.9μm；
(3)抛光：采用立方氮化硼刀具对步骤(2)所得耐磨涂层进行精雕加工处理；每次进刀量控制为10μm，经多次精雕加工后，去除厚度50-80μm的耐磨涂层，获得均匀致密的耐磨涂层表面；
经测试，处理后的耐磨涂层的粗糙度Ra为0.1μm。
(4)二次抛光：对经立方氮化硼刀具处理后所述耐磨涂层以钻石刀进行二次抛光，去除厚度10μm的耐磨涂层，此时粗糙度Ra可达0.05μm；
(5)镜面放电处理：对步骤(2)所得耐磨涂层表面的深孔或凹槽类结构采用镜面放电处理，此时粗糙度Ra可达0.05μm；
(6)砂纸逐级打磨与抛光：对步骤(4)、(5)处理后的耐磨涂层表面进行细砂纸逐级打磨，并用羊毛绒及研磨抛光膏抛光至镜面表面4，此时粗糙度Ra为0.023μm。
实施例3
本实施例提供一种铝合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：
(1)粗化：通过对超硬铝合金基体表面进行除油清洗，对需要高光要求的表面进行CNC粗铣及打磨处理，再进行表面喷砂粗化处理，形成锯齿形结构，其表面粗糙度达到3.2μm；
表3超硬铝合金基体成分
(2)喷涂：将表面喷砂处理后的铝合金基体放入喷热涂室，先对表面进行预热处理，为防止温度过高，整个喷涂过程中采用压缩空气对试样表面进行冷却；
采用超音速火焰喷涂方法进行喷涂：通过压缩空气与燃料在燃烧室中产生的高速高温火焰，将WC-Cr3C2金属基粉末加热至融化或半融化状态，以较高的速度沉积在铝合金基体表面，形成高硬度和抛光性能良好的耐磨涂层；
喷涂工艺参数如下，燃料压力0.8MPa，空气压力为0.75MPa，氮气载气速率为70L·min-1，送粉速率为65g·min-1，喷涂距离为350mm，喷涂角度为90°，喷涂厚度为250μm；
喷涂前进行数控编程，制定喷涂路径；喷涂过程中，工作台与喷涂机械手联动，调整角度进行仿形喷涂；控制涂层均匀性，在预处理面沉积一层WC-C r3C2基耐磨涂层；所得耐磨涂层的硬度为1082HV，粗糙度为3.2μm；
(3)抛光：采用立方氮化硼刀具对步骤(2)所得耐磨涂层进行精雕加工处理；每次进刀量控制为10μm，经多次精雕加工后，去除厚度80μm的耐磨涂层，获得均匀致密的耐磨涂层表面；
经测试，处理后的耐磨涂层的粗糙度Ra为0.15μm。
(4)二次抛光：对经立方氮化硼刀具处理后所述耐磨涂层以钻石刀进行二次抛光，去除厚度10μm的耐磨涂层，此时粗糙度Ra可达0.05μm；
(5)镜面放电处理：对步骤(2)所得耐磨涂层表面的深孔或凹槽类结构采用镜面放电处理，此时粗糙度Ra可达0.05μm；
(6)砂纸逐级打磨与抛光：对步骤(4)、(5)处理后的耐磨涂层表面进行细砂纸逐级打磨，并用羊毛绒及研磨抛光膏抛光至镜面表面4，此时粗糙度Ra为0.026μm。
实施例4
本实施例提供了以实施例1所述方法处理得到的铝合金材料制成的高光注塑模具。
在模具的具体制备过程中，可先将铝合金基体通过下料及机加工组装等初步制备铝合金模具；再按照实施例1所述表面处理方法对须高光表面进行处理。
实施例5
本实施例提供了以实施例2所述方法处理得到的铝合金材料制成的高光注塑模具。
在模具的具体制备过程中，可先将铝合金基体通过下料及机加工组装等初步制备铝合金模具；再按照实施例2所述表面处理方法对须高光表面进行处理。
实施例6
本实施例提供了以实施例3所述方法处理得到的铝合金材料制成的高光注塑模具。
在模具的具体制备过程中，可先将铝合金基体通过下料及机加工组装等初步制备铝合金模具；再按照实施例3所述表面处理方法对须高光表面进行处理。
效果测试:
测试标准：
(1)硬度的测试方法或标准：显微硬度测试选用维式硬度计，涂层表面经打磨抛光处理，选用四棱锥金刚石压头，加载载荷为300g，加载时间10s，选取5个点进行测试并求平均值，在测量中保持足够大小的压痕距离，避免测试过程中的裂纹对实际测试硬度的影响。
(2)粗糙度的测试方法或标准：调节样品表面与触针高度至水平状态，选取样品3个区域采用表面粗糙度仪(表面轮廓检查记录仪)进行检测，取平均值，在测量过程中保持足够的测量间距，避免测试路径交叠影响测试结果。
(3)光洁度的评价标准：参见GB1031-68。
(4)涂层与基体结合力的测试方法或标准：GB/T 8642-2002。
(5)生产注塑测试的测试方法或标准：将经过表面处理后的铝合金样品制备成45mm*45mm*9mm的方形镶件，并放于模具中进行实际生产测试，注塑材料为PP，完成2万模次注塑生产，随机抽取3个样品，检测注塑件光泽度，求取平均值。
对比例1：实施例1步骤(2)所得铝合金材料(未经表面处理)；
对比例2：本领域目前最常用的钢模。
对实施例4-6所铝合金模具表面进行效果测试，结果如表4。
表4效果测试对比
由上述测试结果可知，
1)耐磨涂层的表面硬度及粗糙度均有所改善
a.铝合金基材硬度为155HV，耐磨涂层硬度不低于900HV，耐磨涂层硬度较基材提升了6倍；
b.处理后的耐磨涂层粗糙度Ra<0.03μm，光洁度不低于14等级；而未采用本发明所述抛光处理的铝合金模具表面光洁度较低，如图2所示。
c.根据GB/T 8642-2002方法测试耐磨涂层与铝合金基体的结合力，结果显示其抗拉强度>50MPa；
d.生产注塑测试2万模次，涂层无脱落及裂纹，表面粗糙度Ra<0.03μm；
2)在实际生产过程中，所述铝合金模具的注塑成型周期相比于钢模缩短了10-30％；
3)铝合金模具的成本相比于钢模降低了10-40％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (13)

1.一种铝合金表面处理方法，包括对表面形成有硬度达900HV以上、粗糙度Ra为1-5μm的耐磨涂层的铝合金基体进行抛光处理的步骤；其特征在于，所述抛光处理包括：对于所述耐磨涂层采用精雕加工处理。
2.根据权利要求1所述的铝合金表面处理方法，其特征在于，所述精雕加工去除的耐磨涂层厚度为60-100μm。
3.根据权利要求2所述的铝合金表面处理方法，其特征在于，所述精雕加工采用多次进刀方式，每次进刀量控制在10-30μm之间。
4.根据权利要求1所述的铝合金表面处理方法，其特征在于，所述抛光还包括对精雕加工处理后的所述耐磨涂层进行二次抛光。
5.根据权利要求4所述的铝合金表面处理方法，其特征在于，所述二次抛光去除耐磨涂层的厚度为10-20μm。
6.根据权利要求4所述的铝合金表面处理方法，其特征在于，所述抛光还包括砂纸逐级打磨与抛光处理。
7.根据权利要求1所述的铝合金表面处理方法，其特征在于，所述抛光还包括镜面放电处理。
8.根据权利要求7所述的铝合金表面处理方法，其特征在于，所述抛光还包括砂纸逐级打磨与抛光处理。
9.根据权利要求1所述的铝合金表面处理方法，其特征在于，采用超音速火焰喷涂的方法在铝合金基体表面形成所述耐磨涂层；
所述超音速火焰喷涂的工艺条件为：燃料压力0.4-0.9MPa，空气压力为0.5-0.9MPa，氮气载气速率为50-80L·min-1，送粉速率为50-80g·min-1，喷涂距离为100-400mm，喷涂角度为30-90°，喷涂厚度为70-400μm。
10.一种铝合金材料，其特征在于：由权利要求1-9任一所述铝合金表面处理方法制得。
11.权利要求10所述铝合金材料在制备高光高强耐磨铝合金产品中的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述铝合金产品为家电用铝合金产品、航空航天飞机用铝合金产品、汽车用铝合金产品。
13.一种高光注塑模具，其特征在于，由权利要求10所述铝合金材料制备而成。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116005098A (zh) * 2022-11-30 2023-04-25 西北有色金属研究院 一种改善自动倾斜器导筒疲劳性的硬质涂层制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01208133A (ja) * 1988-02-16 1989-08-22 Ishiwata:Kk 装飾板及びその製造方法
CN1562564A (zh) * 2004-03-29 2005-01-12 湖南大学 纳米结构陶瓷涂层材料的精密磨削技术
CN102990085A (zh) * 2012-11-23 2013-03-27 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种淬火钢的表面加工方法
CN106239835A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 东江模具（深圳）有限公司 一种注塑模具的光面镶件及其制造方法
CN106435370A (zh) * 2016-10-13 2017-02-22 宝钢轧辊科技有限责任公司 冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊及其制造方法
CN109628871A (zh) * 2018-12-03 2019-04-16 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种铝合金导轨用耐磨耐冲蚀防烧粘涂层及制备与应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01208133A (ja) * 1988-02-16 1989-08-22 Ishiwata:Kk 装飾板及びその製造方法
CN1562564A (zh) * 2004-03-29 2005-01-12 湖南大学 纳米结构陶瓷涂层材料的精密磨削技术
CN102990085A (zh) * 2012-11-23 2013-03-27 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种淬火钢的表面加工方法
CN106239835A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 东江模具（深圳）有限公司 一种注塑模具的光面镶件及其制造方法
CN106435370A (zh) * 2016-10-13 2017-02-22 宝钢轧辊科技有限责任公司 冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊及其制造方法
CN109628871A (zh) * 2018-12-03 2019-04-16 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种铝合金导轨用耐磨耐冲蚀防烧粘涂层及制备与应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张秀恩: "《2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会》", 30 November 2001 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116005098A (zh) * 2022-11-30 2023-04-25 西北有色金属研究院 一种改善自动倾斜器导筒疲劳性的硬质涂层制备方法

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